RU2630990C2 - Casting alloying method - Google Patents
Casting alloying method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2630990C2 RU2630990C2 RU2015144821A RU2015144821A RU2630990C2 RU 2630990 C2 RU2630990 C2 RU 2630990C2 RU 2015144821 A RU2015144821 A RU 2015144821A RU 2015144821 A RU2015144821 A RU 2015144821A RU 2630990 C2 RU2630990 C2 RU 2630990C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- melting crucible
- mold
- mixture
- crystallizer
- Prior art date
Links
- 238000005275 alloying Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000005266 casting Methods 0.000 title abstract description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 107
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 63
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 63
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 34
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 claims abstract 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 14
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 14
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 6
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000006072 paste Substances 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 239000003832 thermite Substances 0.000 description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 4
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 4
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920006248 expandable polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 description 3
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 3
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 229920006327 polystyrene foam Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000256602 Isoptera Species 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L manganese oxide Inorganic materials [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mn+2] PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/20—Measures not previously mentioned for influencing the grain structure or texture; Selection of compositions therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/23—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces involving a self-propagating high-temperature synthesis or reaction sintering step
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к способам легирования отливок, получаемых методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в условиях избыточного давления газовой среды. Данное изобретение может быть использовано для производства легированных отливок, карбидосталей, композиционных отливок из металлических сплавов.The invention relates to metallurgy, and in particular to methods of alloying castings obtained by the method of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) under conditions of excessive pressure of the gas medium. This invention can be used for the production of alloy castings, carbide steels, composite castings from metal alloys.
Из уровня техники известен способ получения легированного сплава железа, включающий получение термитной смеси путем смешивания порошка оксида железа в количестве 75-80% (масс.) и алюминия в количестве 20-25% (масс). При смешивании в нее дополнительно вводят легирующие элементы - карбид титана, в количестве 10-14% массы термитной смеси, борид титана, в количестве 3-5% массы термитной смеси, и хром, в количестве 4-5% массы термитной смеси. Полученную смесь загружают в форму, инициируют реакцию и осуществляют плавление смеси самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (Патент РФ №2295424, МПК B22F 3/23, С22С 33/02, С21В 15/02, 20.03.2007). Недостатком данного способа является низкая экзотермичность смеси, вследствие значительного количества инертных добавок (карбид титана, борид титана), что ухудшает полноту прохождения высокотемпературного синтеза. Кроме того, при проведении синтеза в условиях атмосферного давления может происходить разбрызгивание образующегося расплава выходящими газами.The prior art method for producing a doped alloy of iron, comprising obtaining a thermite mixture by mixing the powder of iron oxide in an amount of 75-80% (mass.) And aluminum in an amount of 20-25% (mass). When mixing, alloying elements are additionally introduced into it - titanium carbide, in the amount of 10-14% of the mass of the thermite mixture, titanium boride, in the amount of 3-5% of the mass of the thermite mixture, and chromium, in the amount of 4-5% of the mass of the thermite mixture. The resulting mixture is loaded into a mold, a reaction is initiated and the mixture is melted by self-propagating high-temperature synthesis (RF Patent No. 2295424, IPC B22F 3/23, C22C 33/02, C21B 15/02, 03.20.2007). The disadvantage of this method is the low exotherm of the mixture, due to a significant amount of inert additives (titanium carbide, titanium boride), which impairs the completeness of the passage of high-temperature synthesis. In addition, during synthesis under atmospheric pressure, spatter of the resulting melt may occur in the exhaust gases.
Из уровня техники известен способ выплавки стали, легированной азотом, включающий приготовление термитной смеси порошков оксидов железа, хрома и марганца, нитридов или азотированных ферросплавов, легирующих элементов и алюминия, взятых в соотношениях, необходимых для получения стали заданного состава с локальным воспламенением смеси, обеспечением самопроизвольного горения в атмосфере газообразного азота с давлением более 1 атм (Патент РФ №2446215, МПК С21В 15/02, B22F 3/23, 27.03.2012). Недостатком данного способа является сложность приготовления реакционной смеси с равномерным распределением компонентов, что в значительной степени влияет на прохождение синтеза и, как следствие, на однородность слитка.The prior art method of smelting steel alloyed with nitrogen, including the preparation of a termite mixture of powders of iron, chromium and manganese oxides, nitrides or nitrided ferroalloys, alloying elements and aluminum, taken in the ratios required to produce steel of a given composition with local ignition of the mixture, ensuring spontaneous combustion in an atmosphere of gaseous nitrogen with a pressure of more than 1 atm (RF Patent No. 2446215, IPC С21В 15/02, B22F 3/23, 03/27/2012). The disadvantage of this method is the difficulty of preparing the reaction mixture with a uniform distribution of components, which significantly affects the synthesis and, as a consequence, the uniformity of the ingot.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения сплава, включающий раздельное приготовление двух или более различных по составу и прочности оксидов металлов смесей с восстановителем и неметаллом, локальное воспламенение одной из смесей с последующим воспламенением образовавшимся расплавом других смесей под давлением газообразной среды до образования сплава необходимого состава (Патент РФ №2469816, МПК B22F 3/23, 20.12.2012). Недостатком данного способа является трудность контролирования протекающих реакций самораспространяющегося высокотемпературного синтеза каждой из последовательно воспламеняемых расплавом смесей, что приводит к сложности получения сплава заданного состава.The closest in technical essence is a method for producing an alloy, including the separate preparation of two or more different in composition and strength of metal oxides mixtures with a reducing agent and nonmetal, local ignition of one of the mixtures, followed by ignition of the other mixtures by the molten melt under pressure of a gaseous medium to form an alloy of the required composition (RF patent No. 2469816, IPC B22F 3/23, December 20, 2012). The disadvantage of this method is the difficulty of controlling the ongoing reactions of self-propagating high-temperature synthesis of each of the mixtures subsequently ignited by the melt, which leads to the difficulty of obtaining an alloy of a given composition.
Все это снижает универсальность известного способа.All this reduces the versatility of the known method.
Предлагаемый способ является более универсальным по отношению к прототипу.The proposed method is more versatile in relation to the prototype.
Повышение универсальности способа выражается в том, что он позволяет производить легирование отливок, получаемых методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) на стадии их формообразования. Применение способа позволяет получать отливки с заданными характеристиками в зависимости от требований - объемнолегированные, отливки с легированными поверхностями, композиционные отливки, содержащие в объеме керамические, металлокерамические включения.Improving the versatility of the method is expressed in that it allows alloying of castings obtained by the method of self-propagating high temperature synthesis (SHS) at the stage of their formation. The application of the method allows to obtain castings with desired characteristics depending on the requirements - volume-alloyed, castings with alloyed surfaces, composite castings containing ceramic, cermet inclusions in the volume.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
В плавильный тигель, изготовленный из огнеупорных материалов, снабженный отверстием в донной части, помещают экзотермическую смесь требуемого состава, предварительно прикрыв отверстие в днище алюминиевой пластинкой с уплотнением смеси. Введение легирующих добавок в кристаллизатор осуществляют различными способами, в зависимости от требуемого технического результата. Для формирования легированного слоя на наружной поверхности отливок способ предусматривает нанесение легирующих добавок в виде краски, пасты или пудры на внутреннюю поверхность кристаллизатора (изложницы или литейной формы) слоем не менее 0,1 мм. Получение легированного слоя на требуемых наружных поверхностях отливки осуществляется при нанесении легирующих добавок на внутреннюю поверхность кристаллизатора частично. Для получения объемнолегированных отливок способ предусматривает фиксирование легирующих добавок или их смесей в объеме кристаллизатора путем заполнения его объема порошкообразными легирующими добавками частично или полностью. Для объемного легирования и получения композиционных отливок способ предусматривает установку в кристаллизатор пористых металлических или керамических тел. С целью получения объемнолегированных отливок с более равномерным распределением легирующих добавок способ допускает фиксирование в объеме кристаллизатора легирующих добавок в виде металлической сетки, проволоки и стружки. Также для этой цели способ предусматривает установку в кристаллизатор моделей из пенополистирола с введенными в их объем легирующими добавками любым доступным способом, либо заполнение объема кристаллизатора предварительно вспененными гранулами пенополистирола с нанесенными на их поверхность легирующими добавками. Для обеспечения комплекса свойств отливкам способ допускает использовать легирующие добавки в различных сочетаниях. С целью обеспечения различных условий кристаллизации, а также для изготовления композиционных и биметаллических отливок способ предусматривает изготовление кристаллизатора из металлических, металлокерамических и керамических материалов. Для ламинарного заполнения объема кристаллизатора расплавом способ допускает изготавливать кристаллизатор с сифонным и L-образным подводом расплава. Для получения отливок с требуемыми габаритами и размерами способ предусматривает изготовление кристаллизаторов различной конфигурации.An exothermic mixture of the required composition is placed in a melting crucible made of refractory materials, equipped with a hole in the bottom, after covering the hole in the bottom with an aluminum plate with a mixture seal. The introduction of alloying additives into the mold is carried out in various ways, depending on the desired technical result. To form a doped layer on the outer surface of the castings, the method involves applying alloying additives in the form of paint, paste or powder on the inner surface of the mold (mold or mold) with a layer of at least 0.1 mm. Obtaining a doped layer on the desired outer surfaces of the casting is carried out when applying alloying additives to the inner surface of the mold partially. To obtain volume-alloyed castings, the method involves fixing alloying additives or mixtures thereof in the mold volume by filling its volume with partially or completely powdered alloying additives. For bulk alloying and obtaining composite castings, the method involves the installation of porous metal or ceramic bodies in the mold. In order to obtain volume-alloyed castings with a more even distribution of alloying additives, the method allows fixing alloying additives in the mold volume in the form of a metal mesh, wire and shavings. Also for this purpose, the method provides for installing polystyrene foam models into the mold with dopants introduced into their volume by any available method, or filling the mold volume with pre-foamed polystyrene beads with dopants applied to their surface. To provide a range of properties to castings, the method allows the use of alloying additives in various combinations. In order to provide various crystallization conditions, as well as for the manufacture of composite and bimetallic castings, the method involves the manufacture of a crystallizer from metallic, cermet and ceramic materials. For laminar filling of the mold volume with a melt, the method allows the manufacture of a mold with a siphon and L-shaped supply of melt. To obtain castings with the required dimensions and dimensions, the method involves the manufacture of molds of various configurations.
После введения в кристаллизатор легирующих добавок его устанавливают в реактор. Над кристаллизатором устанавливают плавильный тигель, заполненный экзотермической смесью. Отверстие в донной части тигля предварительно прикрывают алюминиевой пластинкой. Реактор с установленным плавильным тиглем и кристаллизатором герметизируют, заполняют газовой средой до давления, превышающего атмосферное. Воспламенение экзотермической смеси осуществляют локально при помощи разогретой вольфрамовой спирали. После инициирования реакции горения образуется расплав, который прожигает алюминиевую пластинку и струей стекает в кристаллизатор. Находящиеся в кристаллизаторе легирующие добавки, либо их смеси вступают во взаимодействие со струей горячего расплава, результатом которого является формирование легированных зон и, как следствие, получение легированной отливки.After introducing alloying additives into the crystallizer, it is installed in the reactor. A melting crucible filled with an exothermic mixture is installed above the mold. The hole in the bottom of the crucible is preliminarily covered with an aluminum plate. A reactor with a melting crucible and a crystallizer installed is sealed, filled with a gaseous medium to a pressure exceeding atmospheric. Ignition of the exothermic mixture is carried out locally using a heated tungsten spiral. After the initiation of the combustion reaction, a melt is formed, which burns through the aluminum plate and flows into the crystallizer with a stream. The alloying additives located in the crystallizer or their mixtures interact with the jet of hot melt, the result of which is the formation of alloyed zones and, as a result, the production of alloyed castings.
Для модифицирования и легирования отливок порошкообразными модификаторами, легирующими элементами, соединениями или их смесями способ предусматривает применение инжектора, осуществляющего подачу порошкообразных добавок в расплав при сливе металла в кристаллизатор (изложницу или литейную форму).For modifying and alloying castings with powdery modifiers, alloying elements, compounds or their mixtures, the method involves the use of an injector supplying powdery additives to the melt when the metal is drained into the mold (mold or mold).
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
В плавильный тигель, изготовленный из огнеупорных материалов, снабженный отверстием в донной части, помещают экзотермическую смесь требуемого состава, предварительно прикрыв отверстие в днище алюминиевой пластинкой с уплотнением смеси. Непосредственно под плавильный тигель, без зазора, устанавливают инжектор в виде трубы, диаметр которой превышает диаметр отверстия в донной части плавильного тигля, длина составляет не менее двух ее диаметров, снабженный трубкой, диаметр которой подбирается из условий организации объемной подачи порошков модификаторов, легирующих добавок или их смесей, один из концов которой входит во внутренний диаметр трубы под плавильный тигель, а другой соединен с емкостью, заполненной порошкообразными модификаторами, легирующими элементами, соединениями или их смесями, крупность которых составляет не менее 1 нм, при этом данный сосуд не выходит за габариты реакционной камеры.An exothermic mixture of the required composition is placed in a melting crucible made of refractory materials, equipped with a hole in the bottom, after covering the hole in the bottom with an aluminum plate with a mixture seal. Directly under the melting crucible, without a gap, an injector is installed in the form of a pipe whose diameter exceeds the diameter of the hole in the bottom of the melting crucible, the length is at least two of its diameters, equipped with a tube whose diameter is selected from the conditions for organizing the volumetric flow of powders of modifiers, alloying additives or mixtures thereof, one end of which is included in the inner diameter of the pipe under the melting crucible, and the other is connected to a container filled with powdery modifiers, alloying elements, soy Inonii or mixtures thereof, of which particle size is not less than 1 nm in the vessel does not exceed the dimensions of the reaction chamber.
Диаметр и длина трубы подбираются таким образом, чтобы при протекании расплава из плавильного тигля в кристаллизатор в ней создавалось разряжение. Для этой цели необходимо, чтобы диаметр трубы превосходил диаметр отверстия в донной части плавильного тигля. Порошкообразные добавки размещают в емкости, которая не выходит за габариты реакционной камеры для создания равенства давлений. Подачу порошкообразных добавок осуществляют по трубке, один из концов которой соединен с емкостью, заполненной порошкообразными добавками, а другой входит во внутренний диаметр трубы непосредственно под плавильный тигель. В данной зоне при протекании струи расплава из плавильного тигля в кристаллизатор создается разряжение, благодаря которому порошкообразные добавки увлекаются потоком расплава. Длина трубы, установленной под плавильным тиглем должна составлять не менее двух ее диаметров. Данное условие способствует организации наиболее лучшей подачи порошкообразных добавок и их взаимодействию со струей расплава до слива в кристаллизатор, что позволяет обеспечить более равномерное объемное легирование. Для осуществления одновременной подачи нескольких порошкообразных добавок, способ допускает установку нескольких трубок, одним концом соединенных с емкостями, заполненными порошкообразными добавками, другими - входящими во внутренний диаметр трубы, установленной под плавильным тиглем. Диаметр трубки подбирается из условий организации объемной подачи порошкообразных добавок.The diameter and length of the pipe are selected so that when the melt flows from the melting crucible into the mold, a vacuum is created in it. For this purpose, it is necessary that the diameter of the pipe exceeds the diameter of the hole in the bottom of the melting crucible. Powdered additives are placed in a container that does not go beyond the dimensions of the reaction chamber to create equal pressures. The supply of powder additives is carried out through a tube, one of the ends of which is connected to a container filled with powder additives, and the other enters the inner diameter of the pipe directly under the melting crucible. In this zone, when the melt stream flows from the melting crucible into the crystallizer, a vacuum is created, due to which the powdered additives are carried away by the melt flow. The length of the pipe installed under the melting crucible must be at least two of its diameters. This condition contributes to the organization of the best supply of powdered additives and their interaction with the melt stream before discharge into the crystallizer, which allows for more uniform bulk alloying. To implement the simultaneous supply of several powdery additives, the method allows the installation of several tubes, one end connected to containers filled with powdery additives, the other included in the inner diameter of the pipe installed under the melting crucible. The diameter of the tube is selected from the conditions for organizing a volumetric supply of powdered additives.
После заполнения емкости порошкообразными добавками производят последовательную установку данных узлов в реакционную камеру. Над кристаллизатором устанавливают плавильный тигель, заполненный экзотермической смесью. Отверстие в донной части тигля предварительно прикрывают алюминиевой пластинкой. Непосредственно под плавильным тиглем без зазора устанавливают инжектор в виде трубы, снабженной трубкой, соединенной с емкостью, заполненной порошкообразными добавками. Реакционную камеру с установленными плавильным тиглем, инжектором и кристаллизатором герметизируют, заполняют газовой средой до давления, превышающего атмосферное. Воспламенение экзотермической смеси осуществляют локально при помощи разогретой вольфрамовой спирали. После инициирования реакции горения образуется расплав, который прожигает алюминиевую пластинку и струей стекает в кристаллизатор. Струя расплава при протекании из плавильного тигля в кристаллизатор создает разряжение, благодаря которому порошкообразные добавки из емкости по трубке поступают в струю металла и увлекаются ею в кристаллизатор, в результате чего обеспечивается объемное модифицирование или легирование отливки.After filling the container with powder additives, these units are sequentially installed in the reaction chamber. A melting crucible filled with an exothermic mixture is installed above the mold. The hole in the bottom of the crucible is preliminarily covered with an aluminum plate. An injector in the form of a pipe equipped with a pipe connected to a container filled with powder additives is installed directly under the melting crucible without a gap. The reaction chamber with the installed melting crucible, injector and crystallizer is sealed, filled with a gaseous medium to a pressure exceeding atmospheric. Ignition of the exothermic mixture is carried out locally using a heated tungsten spiral. After the initiation of the combustion reaction, a melt is formed, which burns through the aluminum plate and flows into the crystallizer with a stream. The melt stream, when flowing from the melting crucible to the mold, creates a vacuum, due to which the powdery additives from the tank through the tube enter the metal stream and are carried away by it into the mold, as a result of which volumetric modification or alloying of the casting is provided.
Для модифицирования и легирования отливок порошкообразными модификаторами, легирующими элементами, соединениями или их смесями способ предусматривает применение эжектора, осуществляющего подачу порошкообразных добавок в расплав при сливе металла в кристаллизатор (изложницу или литейную форму).To modify and alloy castings with powdery modifiers, alloying elements, compounds or their mixtures, the method involves the use of an ejector that feeds powdery additives into the melt when the metal is drained into the mold (mold or mold).
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
В плавильный тигель, изготовленный из огнеупорных материалов, снабженный отверстием в донной части, помещают экзотермическую смесь требуемого состава, предварительно прикрыв отверстие в днище алюминиевой пластинкой с уплотнением смеси. Непосредственно под плавильный тигель устанавливают эжектор, снабженный электромагнитным клапаном и устройством его включения, представляющим собой трубу, диаметр которой превышает диаметр отверстия в донной части плавильного тигля, длина составляет не менее двух ее диаметров, снабженный трубкой, диаметр которой подбирается из условий организации объемной подачи порошков модификаторов, легирующих добавок или их смесей, один конец которой соединен с емкостью, заполненной порошкообразными модификаторами, легирующими элементами, соединениями или их смесями, находящимся под давлением, превышающим давление в реакционной камере, а другой входит во внутренний диаметр трубы таким образом, чтобы порошкообразные добавки попадали в струю расплава при сливе металла в кристаллизатор (изложницу или литейную форму).An exothermic mixture of the required composition is placed in a melting crucible made of refractory materials, equipped with a hole in the bottom, after covering the hole in the bottom with an aluminum plate with a mixture seal. Directly under the melting crucible, an ejector is installed, equipped with an electromagnetic valve and a device for its inclusion, which is a pipe whose diameter exceeds the diameter of the hole in the bottom of the melting crucible, the length is at least two diameters, equipped with a tube whose diameter is selected from the conditions for organizing the volumetric flow of powders modifiers, alloying additives or mixtures thereof, one end of which is connected to a container filled with powdery modifiers, alloying elements, by inoculations or mixtures thereof under a pressure exceeding the pressure in the reaction chamber, and the other enters the inner diameter of the pipe so that the powdered additives fall into the melt stream when the metal is drained into the mold (mold or mold).
Порошкообразные добавки помещают в емкость, соединенную с трубкой, снабженной электромагнитным клапаном и устройством его включения, после чего емкость герметизируют и создают давление, превышающее давление в реакционной камере. Подачу порошкообразных добавок осуществляют по трубке, один из концов которой соединен с емкостью, заполненной порошкообразными добавками, а другой входит во внутренний диаметр трубы непосредственно под плавильный тигель. В данной зоне при протекании струи расплава из плавильного тигля в кристаллизатор создается разряжение и при включении электромагнитного клапана обеспечиваются наиболее оптимальные условия подачи порошкообразных добавок в поток расплава. Длина трубы, установленной под плавильным тиглем должна составлять не менее двух ее диаметров. Данное условие способствует организации наиболее лучшей подачи порошкообразных добавок и их взаимодействию со струей расплава до слива в кристаллизатор, что позволяет обеспечить более равномерное объемное легирование. Для осуществления одновременной подачи нескольких порошкообразных добавок способ допускает установку нескольких трубок, одним концом соединенных с емкостями, заполненными порошкообразными добавками, другими - входящими во внутренний диаметр трубы, установленной под плавильным тиглем. Диаметр трубки подбирается из условий организации объемной подачи порошкообразных добавок.Powdered additives are placed in a container connected to a tube equipped with a solenoid valve and a device for its inclusion, after which the container is sealed and a pressure higher than the pressure in the reaction chamber is created. The supply of powder additives is carried out through a tube, one of the ends of which is connected to a container filled with powder additives, and the other enters the inner diameter of the pipe directly under the melting crucible. In this zone, when the melt stream flows from the melting crucible into the crystallizer, a vacuum is created and when the electromagnetic valve is turned on, the most optimal conditions for the supply of powdery additives to the melt stream are provided. The length of the pipe installed under the melting crucible must be at least two of its diameters. This condition contributes to the organization of the best supply of powdered additives and their interaction with the melt stream before discharge into the crystallizer, which allows for more uniform bulk alloying. For the simultaneous supply of several powdered additives, the method allows the installation of several tubes, one end connected to containers filled with powder additives, the other included in the inner diameter of the pipe installed under the melting crucible. The diameter of the tube is selected from the conditions for organizing a volumetric supply of powdered additives.
Для упрощения обслуживания способ допускает вынос не менее одной емкости, заполненной порошкообразными добавками за габариты реакционной камеры. Электромагнитный клапан и устройство его включения позволяет организовать подачу порошкообразных добавок из емкости, находящейся под давлением, превышающим давление в реакционной камере, в струю расплава в требуемый момент времени.To simplify maintenance, the method allows the removal of at least one container filled with powder additives beyond the dimensions of the reaction chamber. The electromagnetic valve and the device for its inclusion allows you to organize the flow of powdered additives from the tank under pressure exceeding the pressure in the reaction chamber into the melt stream at the desired time.
После заполнения емкости порошкообразными добавками производят последовательную установку данных узлов в реакционную камеру. Над кристаллизатором устанавливают плавильный тигель, заполненный экзотермической смесью. Отверстие в донной части тигля предварительно прикрывают алюминиевой пластинкой. Непосредственно под плавильным тиглем устанавливают эжектор, снабженный электромагнитным клапаном и устройством его включения, представляющим собой трубу, снабженную трубкой, один конец которой соединен с емкостью, заполненной порошкообразными добавками. Реакционную камеру с установленными плавильным тиглем, эжектором и кристаллизатором герметизируют, заполняют газовой средой до давления, превышающего атмосферное. Для подачи порошкообразных добавок емкость герметизируют и создают в ней давление, превышающее давление в реакционной камере. Воспламенение экзотермической смеси осуществляют локально при помощи разогретой вольфрамовой спирали. После инициирования реакции горения образуется расплав, который прожигает алюминиевую пластинку и струей стекает в кристаллизатор. После инициирования синтеза включают электромагнитный клапан, при этом порошкообразные добавки из емкости поступают по трубке в струю расплава и увлекаются ею в кристаллизатор, в результате чего обеспечивается объемное модифицирование или легирование отливки.After filling the container with powder additives, these units are sequentially installed in the reaction chamber. A melting crucible filled with an exothermic mixture is installed above the mold. The hole in the bottom of the crucible is preliminarily covered with an aluminum plate. An ejector equipped with an electromagnetic valve and a device for its inclusion, which is a pipe equipped with a pipe, one end of which is connected to a container filled with powder additives, is installed directly under the melting crucible. The reaction chamber with the installed melting crucible, ejector and crystallizer is sealed, filled with a gaseous medium to a pressure exceeding atmospheric. To supply powdered additives, the container is sealed and a pressure is created in it that exceeds the pressure in the reaction chamber. Ignition of the exothermic mixture is carried out locally using a heated tungsten spiral. After the initiation of the combustion reaction, a melt is formed, which burns through the aluminum plate and flows into the crystallizer with a stream. After the synthesis is initiated, the electromagnetic valve is turned on, and the powdered additives from the tank enter the melt stream through the tube and are carried away by it into the mold, as a result of which volumetric modification or alloying of the casting is provided.
По окончании горения производят выдержку 10-20 минут, сброс давления, разгерметизацию реактора и выгрузку полученных продуктов. Отливка представляет собой слиток сплава, в верхней части которого присутствует легкоотделяемый шлак, образующийся в результате горения экзотермической смеси.At the end of the combustion, a shutter speed of 10-20 minutes, depressurization, depressurization of the reactor and unloading of the resulting products are performed. The casting is an alloy ingot, in the upper part of which there is an easily separated slag formed as a result of the burning of an exothermic mixture.
Для получения плотных слитков металлов и сплавов способ предусматривает проведение процесса в реакционной камере при давлении ниже атмосферного.To obtain dense ingots of metals and alloys, the method involves carrying out the process in the reaction chamber at a pressure below atmospheric.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
В плавильный тигель, изготовленный из огнеупорных материалов, снабженный отверстием в донной части, помещают экзотермическую смесь требуемого состава, предварительно прикрыв отверстие в днище алюминиевой пластинкой с уплотнением смеси. Над кристаллизатором устанавливают плавильный тигель, заполненный экзотермической смесью. Отверстие в донной части тигля предварительно прикрывают алюминиевой пластинкой. Реактор с установленным плавильным тиглем и кристаллизатором герметизируют, вакуумируют, создавая в нем разряжение. В зависимости от глубины разряжения способ допускает применение различных способов его осуществления (вакуумирование при помощи водокольцевых вакуумных насосов, применение форвакуумных насосов, вакуумирование инжектором и др.).An exothermic mixture of the required composition is placed in a melting crucible made of refractory materials, equipped with a hole in the bottom, after covering the hole in the bottom with an aluminum plate with a mixture seal. A melting crucible filled with an exothermic mixture is installed above the mold. The hole in the bottom of the crucible is preliminarily covered with an aluminum plate. A reactor with a melting crucible and a crystallizer installed is sealed, vacuumized, creating a vacuum in it. Depending on the depth of the vacuum, the method allows the use of various methods for its implementation (evacuation using liquid ring vacuum pumps, the use of foreline pumps, evacuation by an injector, etc.).
Для легирования отливок способ допускает вводить в объем кристаллизатора модификаторы, легирующие элементы, соединения или их смеси любым доступным способом (засыпка кристаллизатора порошкообразными добавками, установка в его объем добавок в виде прутков, сетки, проволоки, пористых тел и др.). Для поверхностного легирования отливок способ допускает нанесение модификаторов, легирующих элементов, соединений или их смесей в виде паст и красок на внутреннюю поверхность кристаллизатора.For alloying castings, the method allows introducing modifiers, alloying elements, compounds, or mixtures thereof into the mold volume in any way possible (filling the mold with powder additives, installing additives in its volume in the form of rods, wire mesh, wire, porous bodies, etc.). For surface alloying of castings, the method allows the application of modifiers, alloying elements, compounds or mixtures thereof in the form of pastes and paints on the inner surface of the mold.
Для модифицирования и легирования отливок порошкообразными модификаторами, легирующими элементами, соединениями или их смесями, способ предусматривает применение эжектора, осуществляющего подачу порошкообразных добавок в расплав при сливе металла в кристаллизатор (изложницу или литейную форму). Для этого под плавильный тигель устанавливают эжектор, снабженный электромагнитным клапаном и устройством его включения, представляющим собой трубу, диаметр которой превышает диаметр отверстия в донной части плавильного тигля, длина составляет не менее двух ее диаметров, снабженный трубкой, диаметр которой подбирается из условий организации объемной подачи порошков модификаторов, легирующих добавок или их смесей, один конец которой соединен с емкостью, заполненной порошкообразными модификаторами, легирующими элементами, соединениями или их смесями, находящимся под давлением, равным, либо превышающим атмосферное, а другой входит во внутренний диаметр трубы таким образом, чтобы порошкообразные добавки попадали в струю расплава при сливе металла в кристаллизатор (изложницу или литейную форму).For modifying and alloying castings with powdery modifiers, alloying elements, compounds or their mixtures, the method involves the use of an ejector supplying powdery additives to the melt when the metal is drained into the mold (mold or mold). To do this, an ejector is installed under the melting crucible, equipped with an electromagnetic valve and its switching device, which is a pipe whose diameter exceeds the diameter of the hole in the bottom of the melting crucible, the length is at least two of its diameters, equipped with a tube whose diameter is selected from the conditions for organizing the volumetric feed modifier powders, alloying additives or mixtures thereof, one end of which is connected to a container filled with powdery modifiers, alloying elements, compounds and or mixtures thereof which are under a pressure equal to or greater than atmospheric, and the other enters the inner diameter of the pipe so that the powdery additives fall into a melt stream at a drain metal mold (mold or mold).
Поскольку процесс протекает при разряжении в реакционной камере, то атмосферного давления в емкости с порошкообразными добавками достаточно для организации их подачи в струю расплава. С целью организации подачи в струю расплава более значительного количества порошкообразных модификаторов и легирующих добавок, способ допускает нагнетать в емкость, заполненную данными добавками давление, превышающее атмосферное.Since the process proceeds during discharge in the reaction chamber, the atmospheric pressure in the container with powdered additives is sufficient to organize their supply to the melt stream. In order to organize the flow into the melt stream of a more significant amount of powdery modifiers and alloying additives, the method allows to pump a pressure exceeding atmospheric pressure into a container filled with these additives.
Воспламенение экзотермической смеси осуществляют локально при помощи разогретой вольфрамовой спирали. После инициирования реакции горения образуется расплав, который прожигает алюминиевую пластинку и струей стекает в кристаллизатор. Созданное разряжение в реакционной камере способствует получению плотных слитков. Введенные в кристаллизатор либо в струю расплава при помощи эжектора модифицирующие и легирующие добавки вступают в физико-химическое взаимодействие с расплавом, обеспечивая формирование легированных зон и, как следствие, получение легированной отливки.Ignition of the exothermic mixture is carried out locally using a heated tungsten spiral. After the initiation of the combustion reaction, a melt is formed, which burns through the aluminum plate and flows into the crystallizer with a stream. The created vacuum in the reaction chamber contributes to the production of dense ingots. Modifying and alloying additives introduced into the crystallizer or into the melt stream with the aid of an ejector enter the physicochemical interaction with the melt, ensuring the formation of alloyed zones and, as a result, the production of alloyed castings.
Примеры конкретного применения.Examples of specific application.
Пример 1. В качестве экзотермической смеси готовили термитную смесь оксида железа (Fe2O3) и порошка алюминия (Аl) из порошкообразных составляющих. Состав смеси соответствовал стехиометрическим соотношением компонентов, необходимых для протекания реакции восстановления железа из его оксида (Fe2O3). Смесь засыпали в плавильный цилиндрический тигель и уплотняли. Отверстие в днище тигля предварительно прикрывали алюминиевой пластинкой. В качестве кристаллизатора применяли цилиндр из спеченного магнезита, на внутреннюю поверхность которого предварительно нанесли легирующую добавку - хром в виде пасты, толщиной ~2 мм. После установки кристаллизатора и плавильного тигля с экзотермической смесью в реактор, его герметизировали и заполняли аргоном до давления 5,0 МПа. Воспламенение смеси проводили через запальную смесь, состоящую из порошка алюмо-магниевого сплава с селитрой, путем локального нагрева вольфрамовой спиралью. После инициирования реакции горения образуется расплав железа, который прожигает алюминиевую пластину и стекает в кристаллизатор. Горячий расплав взаимодействует с хромом, нанесенным на внутреннюю поверхность кристаллизатора. После окончания горения (~10 с) производили выдержку 10-15 мин, после чего сбрасывали давление, разгерметизировали реактор и извлекали продукты синтеза. Продуктом синтеза является слиток металла, на поверхности которого находится легкоотделяемый шлак, образующийся в результате синтеза. Полученная отливка в объеме содержала железо с незначительным количеством углерода (~0,07%), появление которого является следствием его присутствия в исходных шихтовых материалах, точнее в Fe2O3. Состав наружной поверхности отливки, входившей в контакт с легирующим покрытием кристаллизатора, представляет собой твердый раствор хрома в железе с содержанием хрома 12-14%, глубина слоя колеблется в пределах 2-3 мм.Example 1. As an exothermic mixture, a thermite mixture of iron oxide (Fe 2 O 3 ) and aluminum powder (Al) from powder components was prepared. The composition of the mixture corresponded to the stoichiometric ratio of the components necessary for the reaction of reduction of iron from its oxide (Fe 2 O 3 ). The mixture was poured into a melting cylindrical crucible and compacted. The hole in the bottom of the crucible was previously covered with an aluminum plate. A sintered magnesite cylinder was used as a crystallizer, on the inner surface of which a dopant was added previously - chromium in the form of a paste, ~ 2 mm thick. After the crystallizer and the melting crucible with the exothermic mixture were installed in the reactor, it was sealed and filled with argon to a pressure of 5.0 MPa. Ignition of the mixture was carried out through the ignition mixture, consisting of a powder of aluminum-magnesium alloy with nitrate, by local heating with a tungsten spiral. After the initiation of the combustion reaction, an iron melt is formed, which burns through the aluminum plate and flows into the mold. Hot melt interacts with chromium deposited on the inner surface of the mold. After the end of combustion (~ 10 s), the shutter speed was 10-15 minutes, after which the pressure was released, the reactor was depressurized and the synthesis products were recovered. The product of synthesis is a metal ingot, on the surface of which there is easily separated slag formed as a result of synthesis. The resulting casting in volume contained iron with an insignificant amount of carbon (~ 0.07%), the appearance of which is a consequence of its presence in the initial charge materials, more precisely in Fe 2 O 3 . The composition of the outer surface of the casting that came into contact with the alloying coating of the mold is a solid solution of chromium in iron with a chromium content of 12-14%, the layer depth ranges from 2-3 mm.
Пример 2. То же, что в примере 1, только в качестве легирующего покрытия, наносимого на внутреннюю поверхность кристаллизатора, применяли пасту, содержащую ферробор ФБ 17. Фазовый состав легированной поверхности отливок показал наличие боридов железа Fe2B и FeB, что повысило твердость легированного поверхностного слоя до 69-70 HRC, глубина слоя составила 3,0-3,5 мм. Увеличение глубины слоя в отливке, по сравнению с толщиной пасты, наносимой на внутреннюю поверхность кристаллизатора (~2 мм), вызвано процессами диффузии и массопереноса легирующих элементов, реализующихся в процессе кристаллизации отливки.Example 2. The same as in example 1, only as an alloying coating applied to the inner surface of the mold, a paste containing ferroboron FB 17 was used. The phase composition of the alloyed surface of the castings showed the presence of iron borides Fe 2 B and FeB, which increased the hardness of the alloyed surface layer up to 69-70 HRC, layer depth was 3.0-3.5 mm. An increase in the depth of the layer in the casting, compared with the thickness of the paste applied to the inner surface of the mold (~ 2 mm), is caused by diffusion and mass transfer of alloying elements that are realized during the crystallization of the casting.
Пример 3. То же, что в примере 1, только легирующей добавкой служила композиция ферротитан (с содержанием титана 80%) с углеродом. Соотношения компонентов отбирали согласно стехиометрии реакции получения карбида титана. Легирующую композицию в виде краски наносили на предварительно вспененные гранулы пенополистирола размером 4-6 мм, слоем 0,6-0,8 мм. Просушенные гранулы помещали в объем кристаллизатора на 2/3 его высоты. Полученные отливки содержали включения карбида титана с твердостью 70-72 HRC. Взаимодействие расплава с углеродом легирующей композиции и пенополистиролом и продуктами его деструкции привело к увеличению содержания углерода в основном металле до 0,4-0,5%.Example 3. The same as in example 1, only the alloying additive was a composition of ferrotitanium (with a titanium content of 80%) with carbon. The ratios of the components were selected according to stoichiometry of the reaction for the production of titanium carbide. An alloying composition in the form of paint was applied to pre-foamed polystyrene granules with a size of 4-6 mm, a layer of 0.6-0.8 mm. The dried granules were placed in the mold volume at 2/3 of its height. The resulting castings contained titanium carbide inclusions with a hardness of 70-72 HRC. The interaction of the melt with the carbon of the alloying composition and polystyrene foam and the products of its destruction led to an increase in the carbon content in the base metal to 0.4-0.5%.
Пример 4. То же, что в примере 1, только в качестве кристаллизатора использовали цилиндр из стали 40X13 с нанесенным на внутреннюю поверхность легирующим покрытием в виде краски, содержащей порошкообразный никель, слоем 1 мм. Процесс проводили по схеме, описанной в примере 1, только в качестве инертного газа применяли азот, а давление в реакторе нагнетали на уровне 10 МПа. Полученные биметаллические отливки содержали в объеме железо с содержанием углерода ~0,07% и азота 0,4-0,5%, а наружная поверхность соответствовала марке стали 40X13. Отливки также содержали переходный слой, обогащенный никелем, что обеспечивает более качественное сцепление двух металлических материалов.Example 4. The same as in example 1, only as a crystallizer used a cylinder of steel 40X13 coated with an alloying coating on the inner surface in the form of paint containing nickel powder, 1 mm thick. The process was carried out according to the scheme described in example 1, only nitrogen was used as an inert gas, and the pressure in the reactor was pumped at 10 MPa. The obtained bimetallic castings contained in the volume iron with a carbon content of ~ 0.07% and nitrogen 0.4-0.5%, and the outer surface corresponded to the grade of steel 40X13. The castings also contained a transition layer enriched with nickel, which provides better adhesion of two metallic materials.
Пример 5. В качестве экзотермической смеси использовали оксид меди (CuO), алюминий и магний, взятые в соотношениях, необходимых для восстановления меди. В кристаллизатор добавляли предварительно вспененные гранулы пенополистирола размером 4-6 мм с нанесенным на их поверхность легирующим покрытием, содержащим углерод, слоем 2 мм. Процесс осуществляли по схеме, описанной в примере 1, только в качестве инертного газа использовали азот, а давление в реакторе создавали на уровне 10 МПа. Полученные отливки содержали в качестве основы медь с примесями алюминия и магния, при этом содержали распределенные в объеме включения углерода.Example 5. As an exothermic mixture used copper oxide (CuO), aluminum and magnesium, taken in the ratios necessary for the recovery of copper. Pre-foamed polystyrene foam granules of 4-6 mm in size with a doping coating containing carbon deposited on their surface with a layer of 2 mm were added to the crystallizer. The process was carried out according to the scheme described in example 1, only nitrogen was used as an inert gas, and the pressure in the reactor was created at a level of 10 MPa. The resulting castings contained copper with impurities of aluminum and magnesium as a base, while containing carbon inclusions distributed in the volume.
Пример 6. То же, что в примере 1, только легирование осуществляли при помощи инжектора. В качестве инжектора использовали трубу диаметром 20 мм и длиной 50 мм, в верхней части которой находится фиксированная трубка диаметром 6 мм. Один из концов данной трубки входит в верхнюю часть трубы, другой соединен с емкостью, заполненной порошкообразным хромом, фракцией 0,1 мм. Экзотермическую смесь засыпали в плавильный цилиндрический тигель и уплотняли. Отверстие в днище тигля, диаметром 10 мм, предварительно прикрывали алюминиевой пластинкой. В качестве кристаллизатора применяли цилиндр из спеченного магнезита. В реакционную камеру осуществляли последовательную установку кристаллизатора и плавильного тигля с экзотермической смесью, под которым без зазора фиксирован инжектор. Емкость, в которую помещали порошкообразный хром, не выходила за габариты реактора. После сборки реактор герметизировали и заполняли аргоном до давления 5,0 МПа. Воспламенение смеси проводили через запальную смесь, состоящую из порошка алюмо-магниевого сплава с селитрой, путем локального нагрева вольфрамовой спиралью. После инициирования реакции горения образуется расплав железа, который прожигает алюминиевую пластину и стекает в кристаллизатор. Во время течения потока расплава в инжекторе создается разряжение, благодаря которому порошкообразный хром из емкости по трубке подается в трубу, где происходит его взаимодействие с расплавом и дальнейшее его течение в кристаллизатор. После окончания горения (~10 с) производили выдержку 10-15 мин, после чего сбрасывали давление, разгерметизировали реактор и извлекали продукты синтеза. Продуктом синтеза является слиток металла, на поверхности которого находится легкоотделяемый шлак, образующийся в результате синтеза. Полученная отливка в объеме содержала хром, в количестве 6-8%.Example 6. The same as in example 1, only doping was carried out using an injector. A pipe with a diameter of 20 mm and a length of 50 mm was used as an injector, in the upper part of which there is a fixed tube with a diameter of 6 mm. One of the ends of this tube enters the upper part of the tube, the other is connected to a container filled with powdered chromium, a fraction of 0.1 mm. The exothermic mixture was poured into a melting cylindrical crucible and compacted. The hole in the bottom of the crucible with a diameter of 10 mm was previously covered with an aluminum plate. A sintered magnesite cylinder was used as a crystallizer. A crystallizer and a melting crucible with an exothermic mixture were sequentially installed in the reaction chamber, under which an injector was fixed without a gap. The container in which powdered chromium was placed did not go beyond the dimensions of the reactor. After assembly, the reactor was sealed and filled with argon to a pressure of 5.0 MPa. Ignition of the mixture was carried out through the ignition mixture, consisting of a powder of aluminum-magnesium alloy with nitrate, by local heating with a tungsten spiral. After the initiation of the combustion reaction, an iron melt is formed, which burns through the aluminum plate and flows into the mold. During the flow of the melt stream, a vacuum is created in the injector, due to which powdered chromium from the tank is fed through the tube into the pipe, where it interacts with the melt and its further flow into the mold. After the end of combustion (~ 10 s), the shutter speed was 10-15 minutes, after which the pressure was released, the reactor was depressurized and the synthesis products were recovered. The product of synthesis is a metal ingot, on the surface of which there is easily separated slag formed as a result of synthesis. The resulting casting contained chromium in an amount of 6-8%.
Пример 7. То же, что в примере 1, только легирование осуществляли при помощи эжектора. В качестве эжектора, снабженного электромагнитным клапаном и устройством его включения, использовали трубу диаметром 20 мм и длиной 50 мм, в верхней части которой находится фиксированная трубка диаметром 6 мм. Один из концов данной трубки входит в верхнюю часть трубы, другой соединен с емкостью, заполненной порошкообразным хромом, фракцией 0,1 мм. Экзотермическую смесь засыпали в плавильный цилиндрический тигель и уплотняли. Отверстие в днище тигля, диаметром 10 мм предварительно прикрывали алюминиевой пластинкой. В качестве кристаллизатора применяли цилиндр из спеченного магнезита. В реакционную камеру осуществляли последовательную установку кристаллизатора и плавильного тигля с экзотермической смесью, под которым фиксирован эжектор. Емкость, заполненную порошкообразным хромом, выносили за габариты реакционной камеры, герметизировали и заполняли аргоном до давления 12 МПа. После сборки реактор герметизировали и заполняли аргоном до давления 10 МПа. Воспламенение смеси проводили через запальную смесь, состоящую из порошка алюмо-магниевого сплава с селитрой, путем локального нагрева вольфрамовой спиралью. Электромагнитный клапан эжектора включали с задержкой 2 с после воспламенения смеси. Во время течения потока жидкого металла порошкообразный хром, после включения электромагнитного клапана, из емкости по трубке подается в струю расплава, где происходит его взаимодействие с расплавом и дальнейшее его течение в кристаллизатор. После окончания горения (~10 с) производили выдержку 10-15 мин, после чего сбрасывали давление, разгерметизировали реактор и извлекали продукты синтеза. Продуктом синтеза является слиток металла, на поверхности которого находится легкоотделяемый шлак, образующийся в результате синтеза. Полученная отливка в объеме содержала хром, в количестве 8-10%.Example 7. The same as in example 1, only doping was carried out using an ejector. As an ejector equipped with an electromagnetic valve and a device for its inclusion, a pipe with a diameter of 20 mm and a length of 50 mm was used, in the upper part of which there is a fixed tube with a diameter of 6 mm. One of the ends of this tube enters the upper part of the tube, the other is connected to a container filled with powdered chromium, a fraction of 0.1 mm. The exothermic mixture was poured into a melting cylindrical crucible and compacted. The hole in the bottom of the crucible with a diameter of 10 mm was previously covered with an aluminum plate. A sintered magnesite cylinder was used as a crystallizer. A crystallizer and a melting crucible with an exothermic mixture, under which an ejector is fixed, were sequentially installed in the reaction chamber. A container filled with powdered chromium was taken out of the dimensions of the reaction chamber, sealed, and filled with argon to a pressure of 12 MPa. After assembly, the reactor was sealed and filled with argon to a pressure of 10 MPa. Ignition of the mixture was carried out through the ignition mixture, consisting of a powder of aluminum-magnesium alloy with nitrate, by local heating with a tungsten spiral. The ejector solenoid valve was turned on with a delay of 2 s after ignition of the mixture. During the flow of the liquid metal stream, powdered chromium, after turning on the electromagnetic valve, is fed through the tube into the melt stream from the tank, where it interacts with the melt and then flows into the mold. After the end of combustion (~ 10 s), the shutter speed was 10-15 minutes, after which the pressure was released, the reactor was depressurized and the synthesis products were recovered. The product of synthesis is a metal ingot, on the surface of which there is easily separated slag formed as a result of synthesis. The resulting casting contained chromium in an amount of 8-10%.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015144821A RU2630990C2 (en) | 2015-10-19 | 2015-10-19 | Casting alloying method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015144821A RU2630990C2 (en) | 2015-10-19 | 2015-10-19 | Casting alloying method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015144821A RU2015144821A (en) | 2017-04-25 |
| RU2630990C2 true RU2630990C2 (en) | 2017-09-15 |
Family
ID=58642264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015144821A RU2630990C2 (en) | 2015-10-19 | 2015-10-19 | Casting alloying method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2630990C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU876250A1 (en) * | 1979-08-20 | 1981-10-30 | Институт проблем литья АН УССР | Composition for making inserts used in locally alloying of castings |
| RU2061575C1 (en) * | 1990-05-14 | 1996-06-10 | Волгоградское малое внедренческое предприятие "Патент" | Device for metal bottom casting |
| RU65408U1 (en) * | 2007-05-02 | 2007-08-10 | Игорь Михайлович Ячиков | CONTINUOUS CASTING DEVICE |
| EA014981B1 (en) * | 2005-08-30 | 2011-04-29 | Рифректори Интеллектуал Проперти Гмбх Унд Ко. Кг | Method for manufacturing a refractory ceramic product, use of said product, and method for modifying a melt by means of the product |
| RU2469816C2 (en) * | 2010-05-04 | 2012-12-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии" | Method of producing alloy |
-
2015
- 2015-10-19 RU RU2015144821A patent/RU2630990C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU876250A1 (en) * | 1979-08-20 | 1981-10-30 | Институт проблем литья АН УССР | Composition for making inserts used in locally alloying of castings |
| RU2061575C1 (en) * | 1990-05-14 | 1996-06-10 | Волгоградское малое внедренческое предприятие "Патент" | Device for metal bottom casting |
| EA014981B1 (en) * | 2005-08-30 | 2011-04-29 | Рифректори Интеллектуал Проперти Гмбх Унд Ко. Кг | Method for manufacturing a refractory ceramic product, use of said product, and method for modifying a melt by means of the product |
| RU65408U1 (en) * | 2007-05-02 | 2007-08-10 | Игорь Михайлович Ячиков | CONTINUOUS CASTING DEVICE |
| RU2469816C2 (en) * | 2010-05-04 | 2012-12-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии" | Method of producing alloy |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГЕРМАНН Э. Непрерывное литье, Металлургиздат, М., 1961, с.447, с.450-451. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015144821A (en) | 2017-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101473055B (en) | Method for manufacturing porous body | |
| Zou et al. | The mechanism of thermal explosion (TE) synthesis of TiC–TiB2 particulate locally reinforced steel matrix composites from an Al–Ti–B4C system via a TE-casting route | |
| RU2607857C1 (en) | Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys | |
| WO2006005150A1 (en) | Processes for production of foamed aluminum bodies from coated aluminum powder | |
| SE520561C2 (en) | Process for preparing a dispersion curing alloy | |
| Liang et al. | Preparation and characterization of TiC particulate locally reinforced steel matrix composites from Cu–Ti–C system with various C particles | |
| RU2630990C2 (en) | Casting alloying method | |
| EP1463594B1 (en) | Inoculation filter | |
| RU2366722C2 (en) | Method of steel production and installation for implementation of this method | |
| RU2733524C1 (en) | Method of producing ceramic-metal composite materials | |
| RU2469816C2 (en) | Method of producing alloy | |
| RU2658566C2 (en) | Method for obtaining compact materials containing titanium diboride using self-propagating high-temperature synthesis | |
| CN107620004A (en) | A kind of method for preparing powder metallurgy of Fe Mn Al series alloys | |
| RU2263089C1 (en) | Method of production of a composite material | |
| RU2739898C1 (en) | Method of producing composite metal alloy containing titanium carbide | |
| RU2269586C1 (en) | Method of preparation of master alloys and deoxidizers | |
| RU2793662C1 (en) | Method for producing composite aluminum matrix materials containing titanium carbide by self-propagating high-temperature synthesis | |
| RU2830084C2 (en) | Method of producing nitrated sintered material based on chromium and aluminum nitrides | |
| CN1317407C (en) | Method for producing steel bonded carbide | |
| JP3864176B1 (en) | Casting apparatus, method for producing mold periphery member, and mold periphery member | |
| RU2809613C1 (en) | Method for producing composite aluminium matrix materials containing chromium boride components using self-propagating high-temperature synthesis | |
| US3126279A (en) | Powder-metallurgical production of | |
| RU2073735C1 (en) | Method for production of alloys of metals with phosphorous | |
| RU2809611C2 (en) | Method for producing metal-ceramic materials, including volumetric porous materials containing titanium nitride by self-propagating high-temperature synthesis | |
| RU2829621C1 (en) | Method of producing spherical powder of high-entropy alloy alloyed with nitrogen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181020 |